Was ist EUV und wie funktioniert es?

Die Technologie des extrem ultravioletten (EUV) Lichts ist ein wesentlicher Treiber des Wandels in der Halbleiterindustrie. Die Lithographie, die Methode zum Drucken komplizierter Muster auf Halbleitermaterialien, hat sich seit Beginn des Halbleiterzeitalters durch die Verwendung immer kürzerer Wellenlängen weiterentwickelt. Die EUV-Lithographie ist die bisher kürzeste.

Seit Jahrzehnten in der Entwicklung, entstand die erste EUV-Lithographiemaschine, die in Chargen gekauft und produktionsbereit war ASML, das niederländische Halbleiterunternehmen.

Was ist EUV-Lithographie?

EUV-Licht bezieht sich auf das extrem ultraviolette Licht, das für die Mikrochip-Lithographie verwendet wird. Dabei wird der Mikrochip-Wafer mit einem lichtempfindlichen Material beschichtet und vorsichtig dem Licht ausgesetzt. Dadurch wird ein Muster auf den Wafer gedruckt, das für weitere Schritte im Mikrochip-Designprozess verwendet wird.

Die Geschichte der Computer ist die Geschichte der Halbleiterindustrie, die wiederum die Geschichte des unermüdlichen Strebens nach Miniaturisierung ist. In der Anfangsphase des Sektors von den 1950er bis Mitte der 80er Jahre wurde die Fotolithographie mit UV-Licht und Fotomasken durchgeführt, um Schaltkreismuster auf Siliziumwafer zu projizieren.

Während dieser Zeit, Moores Gesetz– der Diktum der 1960er Jahre, dass sich die Anzahl der Transistoren auf einem Mikrochip alle zwei Jahre verdoppeln würde – stieß an die physikalischen Grenzen dieses Prozesses. Dies bedeutete, dass auch die enorme Steigerung der Rechenleistung und die geringeren Technologiekosten für Verbraucher an ihre Grenzen stoßen könnten. Von den 1980er bis 2000er Jahren trieb die Lithographie im tiefen Ultraviolett (DUV) die nächste Generation der Miniaturisierung voran kürzere Wellenlängen im Bereich von 153 bis 248 Nanometern, was kleinere Abdrücke auf den Siliziumwafern ermöglichte von Halbleiter.

Im Vorfeld des neuen Jahrtausends suchten Forscher und konkurrierende Unternehmen weltweit nach Durchbrüchen, um die EUV-Lithographie und ihre noch kürzeren Wellenlängen zu ermöglichen. ASML stellte 2003 einen Prototyp fertig, obwohl es noch ein weiteres Jahrzehnt dauern sollte, bis ein serienreifes System entwickelt war.

Seitdem liefert ASML alle paar Jahre die nächste Iteration seiner EUV-Lithographiesysteme mit mehr Produktionskapazität und Wellenlängen bis hinunter zu 13,5 Nanometern. Dies ermöglicht unglaublich präzise Mikrochip-Designs und eine möglichst dichte Platzierung von Transistoren auf Mikrochips – kurz gesagt, es ermöglicht schnellere Computergeschwindigkeiten.

Wie EUV-Lithographie funktioniert

Die EUV-Lithographiesysteme von ASML emittieren Licht mit Wellenlängen von etwa 13,5 Nanometern, was deutlich kürzer ist als die Wellenlängen, die in der vorherigen Generation der DUV-Lithographie verwendet wurden, und ermöglichen so das Drucken feinerer Muster auf Halbleiter Waffeln. Die fortschrittlichsten Mikrochips können Knoten mit einer Größe von nur 7, 5 und 3 Nanometern haben, die durch wiederholtes Durchlaufen der Halbleiterwafer durch das EUV-Lithographiesystem hergestellt werden.

Auch wenn Sie diese Schritte in Ihrer Werkstatt zur Herstellung von Halbleitern nicht ausführen können, sind sie dennoch wichtig um zu verstehen, wie die Technologie weiterentwickelt werden kann und wo potenzielle Investitionsmittel am besten eingesetzt werden könnten platziert. Zunächst wird ein hochintensiver Laser auf ein Material (normalerweise Zinn) gerichtet, um ein Plasma (geladene Elektronen und Protonen in Bewegung) zu erzeugen. Das Plasma emittiert dann das EUV-Licht mit einer Wellenlänge von etwa 13,5 Nanometern.

Das erzeugte Licht wird gesammelt und durch eine Reihe von Spiegeln und Optiken durch eine Maske oder ein Fadenkreuz als Schaltkreis geleitet Das Muster wird im Pfad des EUV-Lichts platziert, in etwa analog zur Verwendung einer Schablone zum Malen eines Musters auf einem Planke. Ein als Fotolack bezeichnetes Material auf dem Wafer reagiert empfindlich auf EUV-Licht. Die ihm ausgesetzten Bereiche unterliegen einer chemischen Veränderung und werden anschließend geätzt. In den geätzten Bereichen können dann neue Materialien abgeschieden werden, um die verschiedenen Komponenten des Mikrochips zu bilden. Dieser Vorgang kann bis zu 100 Mal mit unterschiedlichen Masken wiederholt werden, um mehrschichtige, komplexe Schaltkreise auf einem einzigen Wafer zu erstellen.

Nach diesen Schritten wird der Wafer weiteren Prozessen unterzogen, um Verunreinigungen zu entfernen und den Chip für das Schneiden in einzelne Chips vorzubereiten. Anschließend werden sie für den Einsatz in elektronischen Geräten verpackt.

EUV vs. DUV-Lithographie

Während große Käufe von EUV-Lithographiesystemen für Schlagzeilen in der Supraleiterindustrie gesorgt haben, ist dies durchaus der Fall Angesichts der enormen Kosten und der möglichen technologischen Fortschritte ist die DUV-Lithographie noch weiter verbreitet gebraucht. Es hat den Vorteil, dass es bereits drin ist Herstellung Einrichtungen mit in der Nutzung geschultem Personal.

Die EUV-Lithographie mit ihren extrem kurzen Wellenlängen von etwa 13,5 Nanometern ermöglicht eine feinere Ätzung kleinerer Strukturen auf Chips. Die DUV-Lithographie wiederum arbeitet bei Wellenlängen ab 153 Nanometern. Während Chiphersteller dies für Designs mit Größen von nur 5 Nanometern oder weniger nutzen können, drängen die Aufgrund der Grenzen der Physik kann DUV-Licht nur für Größen unter 10 Nanometern mit einem Verlust an Auflösung verwendet werden Qualität.

EUV-Lithografiesysteme sind nicht nur mit den Anlaufkosten neuerer Technologien verbunden, sondern auch naturgemäß teurer als die Ausrüstung und Wartung für die DUV-Lithografie. Beispielsweise installierte EUV-Lithographiesysteme von Intel im Jahr 2023 kosten jeweils 150 Millionen US-Dollar. Aufgrund dieser Kosten werden DUV-Lithographiesysteme für Anwendungen bevorzugt, bei denen die geringere Größe der EUV-Lithographie unnötig ist.

Auch die DUV-Lithographie ist eine bekannte Größe: Es sind keine zusätzlichen Schulungen, neuen Anlagen und andere große Kapitalinvestitionen erforderlich, die für EUV-Lichtsysteme erforderlich sind. Die DUV-Lichttechnologie wird immer noch für viele Chips in Telefonen, Computern, Autos und Robotern benötigt und hat sich als robust und vielseitig erwiesen. Aufgrund der relativ einfacheren Prozesse können mit der DUV-Lithographie auch mehr Chips pro Einheit hergestellt werden Zeit als EUV-Lithographie, ein wichtiger Punkt für sie angesichts der weltweiten Nachfrage nach Halbleiter.

Viele gehen davon aus, dass die DUV-Lithografie auch in den kommenden Jahren weiterhin beliebt bleiben wird. Dies ist zum Teil auf den Preis der EUV-Lithographie und die technischen Probleme zurückzuführen, die jede neue Technologie mit sich bringt. Darüber hinaus bleibt die DUV-Lithographietechnologie nicht an Ort und Stelle und verbessert weiterhin die Art und Weise, wie sie bei der Herstellung der Chips hilft, die in den vielen elektronischen Geräten unseres täglichen Lebens zu finden sind.

Die Branche befindet sich wahrscheinlich in einem Wandel, und EUV-Licht wird dabei eine immer zentralere Rolle spielen Bei der Chipherstellung ist die DUV-Lithographie immer noch von entscheidender Bedeutung für die Produktion von Elektronik, die wir in unserem Alltag verwenden Leben.

Vor- und Nachteile der EUV-Lithographie

Die EUV-Lithographie ist eine relativ neue Technologie, die viele Vorteile und einige zu berücksichtigende Nachteile mit sich bringt.

Vorteile

Die EUV-Lithographie bringt viele Vorteile mit sich, die zu zukünftigen Entwicklungen in der Mikrochip-Produktion führen könnten. Hier sind zwei der Gründe, warum Halbleiterunternehmen wie Intel so viel in die Technologie investieren:

• EUV-Licht kann komplexere und feinere Muster auf Siliziumwafern erzeugen, wodurch mehr Transistoren auf einem Mikrochip platziert werden können.
• Die EUV-Lithographie reduziert die Anzahl der Musterschichten (Maskenanzahl), die zum Erstellen einer Schaltung erforderlich sind.

Nachteile

Die EUV-Lithographie hat viele Vorteile, aber als neue Technologie ist es wichtig, ihre Nachteile zu berücksichtigen.

• EUV-Lithographiesysteme sind teurer als andere Systeme für die Mikrochip-Lithographie.
• ASML ist das einzige Unternehmen, das diese Systeme herstellt, was zu einem Engpass für Unternehmen führen könnte, die EUV-Lithographie nutzen möchten oder Unterstützung für ihre Maschinen benötigen.

Das Fazit

EUV-Licht wird in der Mikrochip-Lithographie verwendet, um die für die Herstellung eines Mikrochips erforderlichen Muster zu erzeugen, allerdings in weitaus kleineren Größen als bei früheren Lithographietechniken. Aufgrund seiner Neuheit stellt jedoch nur ein Unternehmen – ASML – Maschinen her, die es verwenden, und diese sind kostspielig. Mit zunehmender Reife der Technologie dürfte sie eine zentrale Rolle bei künftigen Entwicklungen in der Mikrochip-Produktion spielen.